Գիբսի ազատ էներգիան ընդդեմ Helmholtz ազատ էներգիայի
  

Որոշ բաներ տեղի են ունենում ինքնաբուխ, մյուսները ՝ ոչ: Փոփոխության ուղղությունը որոշվում է էներգիայի բաշխմամբ: Ինքնաբուխ փոփոխության դեպքում իրերը հակված են մի վիճակին, որում էներգիան ավելի քաոսային կերպով ցրվում է: Փոփոխությունն ինքնաբուխ է, եթե դա տանում է դեպի ավելի մեծ պատահականություն և քաոս տիեզերքում, որպես ամբողջություն: Քաոսի, պատահականության կամ էներգիայի ցրման աստիճանը չափվում է այնպիսի պետության գործառույթով, որը կոչվում է էնդրոփիա: Mերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը կապված է էտրոպիայի հետ, և ասում է. «Տիեզերքի entropy- ն աճում է ինքնաբուխ գործընթացում»: դա այն չափն է, որով էներգիան քայքայվել է: Փաստորեն, ջերմության տվյալ քանակի հետևանքով առաջացած լրացուցիչ անկարգությունների քանակը կախված է ջերմաստիճանից: Եթե ​​այն արդեն չափազանց շոգ է, մի փոքր լրացուցիչ ջերմություն չի կարող ստեղծել ավելի շատ անկարգություններ, բայց եթե ջերմաստիճանը ծայրահեղ ցածր է, նույն քանակությամբ ջերմությունը կհանգեցնի անկարգությունների կտրուկ աճի: Հետևաբար, ավելի նպատակահարմար է գրել, ds = dq / T:

Փոփոխության ուղղությունը վերլուծելու համար մենք պետք է հաշվի առնենք փոփոխությունները ինչպես համակարգում, այնպես էլ շրջակա միջավայրում: Հաջորդ Կլաուսիուսի անհավասարությունը ցույց է տալիս, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ ջերմային էներգիան փոխանցվում է համակարգի և շրջակա միջավայրի միջև: (Հաշվի առեք, որ համակարգը գտնվում է ջերմային հավասարակշռության մեջ շրջապատողի հետ ջերմաստիճանում T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ……………… (1)

Helmholtz անվճար էներգիա

Եթե ​​ջեռուցումն իրականացվում է կայուն ծավալով, մենք կարող ենք գրել հետևյալ հավասարումը (1) հետևյալ կերպ: Այս հավասարումը արտահայտում է ինքնաբուխ արձագանքի չափանիշը, որը տեղի է ունենալու միայն պետական ​​գործառույթների առումով:

dS - (dU / T) ≥ 0

Հավասարը կարող է վերադասավորվել ՝ հետևյալ հավասարումը ստանալու համար:

TdS ≥ dU (հավասարություն 2); հետևաբար, այն կարող է գրվել որպես dU - TdS ≤ 0

Վերոնշյալ արտահայտությունը կարելի է պարզեցնել «Helmholtz» էներգիա «A» տերմինի օգտագործմամբ, որը կարող է սահմանվել որպես

A = U - TS

Վերոնշյալ հավասարումներից մենք կարող ենք հիմք ընդունել ինքնաբուխ ռեակցիայի չափանիշ, ինչպես dA≤0: Սա ասում է, որ կայուն ջերմաստիճանի և ծավալի համակարգի փոփոխությունը ինքնաբուխ է, եթե dA≤0 է: Այնպես որ, փոփոխությունը ինքնաբուխ է, երբ դա համապատասխանում է Helmholtz- ի էներգիայի նվազմանը: Հետևաբար, այս համակարգերը շարժվում են ինքնաբուխ ճանապարհով ՝ տալով ավելի ցածր A արժեք:

Ազատում է ազատ էներգիան

Մեզ հետաքրքրում է Գիբսի անվճար էներգիան, քան մեր լաբորատորիայի քիմիական նյութում Helmholtz- ի անվճար էներգիան: Գիբսի անվճար էներգիան կապված է մշտական ​​ճնշման պայմաններում տեղի ունեցող փոփոխությունների հետ: Երբ ջերմային էներգիան փոխանցվում է անընդհատ ճնշման տակ, միայն ընդլայնման աշխատանք կա. հետևաբար, մենք կարող ենք փոփոխել և վերաշարադրել հավասարումը (2) հետևյալ կերպ:

TdS ≥ dH

Այս հավասարումը կարող է վերադասավորվել `dH - TdS give տալու համար:

G = H - TS

Կայուն ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում քիմիական ռեակցիաները ինքնաբուխ են Գիբսի ազատ էներգիայի նվազման ուղղությամբ: Հետևաբար, dG≤0: